基于动态耦合系数识别的WPT系统及最大效率跟踪方法技术方案

本发明专利技术公开了基于动态耦合系数识别的WPT系统及最大效率跟踪方法，所述WPT系统包括发射端和接收端，所述发射端与所述接收端分别连接有控制器，所述发射端包括Buck‑Boost转换模块、高频逆变模块以及发射线圈，所述接收端包括接收线圈、阻抗匹配网络模块以及整流电路模块；本发明专利技术可以根据电路参数实时准确的识别耦合系数，从而更加精确的匹配阻抗电路，从而实现系统的最大效率跟踪，同时本发明专利技术还实现了输出恒压控制；因此，本发明专利技术专利对无线充电系统最大传输效率设计具有十分重要的实用意义。

【技术实现步骤摘要】
基于动态耦合系数识别的WPT系统及最大效率跟踪方法
本专利技术涉及无线电能传输
，具体涉及基于动态耦合系数识别的WPT系统及最大效率跟踪方法。
技术介绍
无线电能传输系统(WPT系统)是一个松散耦合系统，当初级侧和次级侧之间存在相对运动时，耦合系数会随机变化，耦合系数的变化将直接影响最大效率的跟踪性能。SuYugang等提出了一种通过开关电容来识别耦合系数的方法，但是需要两侧的参数，这在实际情况下较难实现。DaitaKobayashi等提出了一种动态识别耦合系数的方法，只需要次级侧参数，但整流器电流具有高次谐波，因此测量可能增加复杂性和不确定性。DaiXin等提出了一种最大效率跟踪下的动态耦合系数识别方法，利用耦合系数与Buck-Boost电路占空比变化量之间的关系实时估计耦合系数，但这种关系建立在方程近似线性化的基础上，与真实值相比存在误差。本专利技术专利探讨了无线电能传输(WirelessPowerTransfer,WPT)系统在实际应用中有关最大传输效率的关键性问题，考虑到WPT系统是一种松散耦合系统，耦合系数因发射端和接收端的相对运动而变化，仅仅从固定耦合条件下的频率跟踪、负载阻抗匹配、系统参数等方面研究，较难实现最大效率跟踪控制。为使系统保持在最大效率点，本专利技术提出了基于动态耦合系数识别的WPT系统及最大效率跟踪方法。
技术实现思路
针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种基于动态耦合系数识别的WPT系统及最大效率跟踪方法，可以根据电路参数实时准确的识别耦合系数，从而更加精确的匹配阻抗电路，从而实现系统的最大效率跟踪，同时本专利技术还实现了输出恒压控制。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供基于动态耦合系数识别的WPT系统，所述WPT系统包括发射端和接收端，所述发射端与所述接收端分别连接有控制器；所述发射端包括Buck-Boost转换模块、高频逆变模块以及发射线圈；所述Buck-Boost转换模块连接48V稳压电源，变压后输出；所述高频逆变模块，接收Buck-Boost转换模块输出的直流电，转变成高频交流电后输出；所述接收端包括接收线圈、阻抗匹配网络模块以及整流电路模块；所述接收线圈与所述射端的发射线圈构成谐振电路；所述阻抗匹配网络模块与所述接收线圈相连；所述整流电路模块与阻抗匹配网络模块相连，进行整流，为负载电阻RL提供负载电压UL。优选的，所述发射线圈由谐振电容C1和发射线圈L1串联组成；所述接收线圈由谐振电容C2和接收线圈L2串联组成，所述接收线圈的谐振频率与所述发射线圈的谐振频率相同，所述发射线圈与所述接收线圈构成谐振电路；所述阻抗匹配网络模块为Cb1、Cb2以及电感Lb组成的T型阻抗匹配网络；所述整流电路模块为整流二极管D1-D4构成的全桥整流，所述整流电路模块上设有整流桥滤波电容C3，用于促使负载电压UL趋于平滑；整流电路模块直接连接负载电阻RL基于动态耦合系数识别的WPT系统的最大效率跟踪方法，步骤如下：S1：当发射端和接收端之间建立通信时，发射端控制器将初始化命令发送到接收端，并将初始设定值传送至接收端控制器；S2：接收端控制器实时采集负载电阻RL对应的负载电压UL和负载电流IL，从而监测负载电阻RL和负载电压UL是否有变化，并将这些检测值反馈到发射端控制器；同时发射端控制器采集发射端输出电压u1和谐振电流i1，实时计算耦合系数k；S3：当RL变化时，发射端控制器根据实时获得的耦合系数k，确定出最佳负载侧等效电阻Ri-ηmax，然后通过对阻抗匹配网络进行调整，使得当前的谐振电路的负载等效电阻达到最佳负载侧等效电阻Ri-ηmax，同时对Buck-Boost转换模块的占空比d的调整，确保负载电压UL等于设备需求电压UL_req，以确保传输系统获得最大传输效率ηmax；当RL不变，判断负载电压UL是否存在变化，若负载电压UL存在变化，说明耦合系数k发生了变化，发射端控制器实时获取耦合系数k，确定出最佳负载侧等效电阻Ri-ηmax，然后通过对阻抗匹配网络进行调整，使得当前的谐振电路的负载等效电阻达到最佳负载侧等效电阻Ri-ηmax，同时对Buck-Boost转换模块的占空比d的调整，确保负载电压UL等于负载需求电压UL_req，以确保传输系统获得最大传输效率ηmax。本专利技术的有益效果在于：针对WPT系统是一个松散耦合系统，当初级侧和次级侧之间存在相对运动时，耦合系数会随机变化，耦合系数的变化将直接影响最大效率的跟踪性能；为确保WPT系统工作在最大效率点，本专利技术可以根据电路参数实时准确的识别耦合系数，从而更加精确的匹配阻抗电路，从而实现系统的最大效率跟踪，同时本专利技术还实现了输出恒压控制；因此，本专利技术专利对无线充电系统最大传输效率设计具有十分重要的实用意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实无线电能传输系统的示意图；图2为本专利技术实无线电能传输系统动态耦合系数估计下的最大效率跟踪控制主电路图；图3为谐振电路的示意图；图4为本专利技术实无线电能传输系统最大效率跟踪下控制流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例如图1和图2所示，本专利技术提供了基于动态耦合系数识别的WPT系统，该系统包括发射端和接收端，所述发射端与所述接收端分别连接有控制器，控制器为单片机，所述发射端和48V稳压电源相连，所述接收端为负载提供电能，所述发射端包括Buck-Boost转换模块、高频逆变模块以及发射线圈，所述接收端包括接收线圈、阻抗匹配网络模块以及整流电路模块；所述Buck-Boost转换模块通过调整占空比d将48V稳压电源生成所需电压，输出后连接高频逆变模块；所述高频逆变模块将Buck-Boost转换模块输出的直流电转变成高频交流电，逆变频率为100KHz，所述高频逆变模块连接发射线圈；所述发射线圈由谐振电容C1和发射线圈L1串联组成；所述接收线圈由谐振电容C2和接收线圈L2串联组成，所述接收线圈的谐振频率与所述发射线圈的谐振频率相同，接收线圈与发射线圈结构相同，所述发射线圈与所述接收线圈构成谐振电路；所述接收线圈连接阻抗匹配网络模块；所述阻抗匹配网络模块为Cb1、Cb2和电感Lb组成的T型阻抗匹配网络；所述阻抗匹配网络模块连接整流电路模块；所述整流电路模块为整流二极管D1-D4构成的全桥整流，所述整流电路模块上设有整流桥滤波电容C3，用于促使负载电压UL趋于平滑；整流电路模块直接连接负载电阻RL。如图3所示，为所述发射线圈与所述接收线圈构成的谐振电路，其中u1为电能传输系统经过高频逆变电路之后的等效电压源，为发射端输出电压，i1、i2分别为发射端和接收端的谐振电流；L1为发射线圈电感，L2为接收线圈电感，C1、C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于动态耦合系数识别的WPT系统，其特征在于，所述WPT系统包括发射端和接收端，所述发射端与所述接收端分别连接有控制器；所述发射端包括Buck‑Boost转换模块、高频逆变模块以及发射线圈；所述Buck‑Boost转换模块连接48V稳压电源，变压后输出；所述高频逆变模块，接收Buck‑Boost转换模块输出的直流电，转变成高频交流电后输出；所述接收端包括接收线圈、阻抗匹配网络模块以及整流电路模块；所述接收线圈与所述射端的发射线圈构成谐振电路；所述阻抗匹配网络模块与所述接收线圈相连；所述整流电路模块与阻抗匹配网络模块相连，进行整流，为负载电阻RL提供负载电压UL。

【技术特征摘要】
1.基于动态耦合系数识别的WPT系统，其特征在于，所述WPT系统包括发射端和接收端，所述发射端与所述接收端分别连接有控制器；所述发射端包括Buck-Boost转换模块、高频逆变模块以及发射线圈；所述Buck-Boost转换模块连接48V稳压电源，变压后输出；所述高频逆变模块，接收Buck-Boost转换模块输出的直流电，转变成高频交流电后输出；所述接收端包括接收线圈、阻抗匹配网络模块以及整流电路模块；所述接收线圈与所述射端的发射线圈构成谐振电路；所述阻抗匹配网络模块与所述接收线圈相连；所述整流电路模块与阻抗匹配网络模块相连，进行整流，为负载电阻RL提供负载电压UL。2.如权利要求1所述的基于动态耦合系数识别的WPT系统，其特征在于，所述发射线圈由谐振电容C1和发射线圈L1串联组成；所述接收线圈由谐振电容C2和接收线圈L2串联组成，所述接收线圈的谐振频率与所述发射线圈的谐振频率相同，所述发射线圈与所述接收线圈构成谐振电路；所述阻抗匹配网络模块为Cb1、Cb2以及电感Lb组成的T型阻抗匹配网络；所述整流电路模块为整流二极管D1-D4构成的全桥整流，所述整流电路模块上设有整流桥滤波电容C3，用于促使负载电压UL趋于平滑；整流电路模块直接连接负载电阻RL。3.如权利要求1所述的基于动态耦合系数识别的WPT系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宏伟，黄麟，奚茂龙，单正娅，
申请(专利权)人：无锡职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32